发电机运行原理及特性课件

发电机运行原理及特性课件交流发电机的基本结构形式分为旋转电枢式和旋转磁场式。交流发电机的基本结构形式分为旋转电枢式和旋转磁场式。旋转电枢绕组发出的电能一般采用电刷和滑环来引接，所以旋转电枢绕组发出的电能一般采用电刷和滑环来引接，所以不易引接出大电流，并容易产生火花及磨损。只适用于小容不易引接出大电流，并容易产生火花及磨损。只适用于小容量、低电压交流发电机。量、低电压交流发电机。一般交流发电机采用旋转磁场式结构。一般交流发电机采用旋转磁场式结构。发电机的磁极结构可分为凸极式和隐极式。隐极式转子为圆发电机的磁极结构可分为凸极式和隐极式。隐极式转子为圆柱形，与定子间气隙是均匀的，无明显磁极。凸极式转子有柱形，与定子间气隙是均匀的，无明显磁极。凸极式转子有明显的磁极，南、北极相间排列，气隙不均匀，极弧低下气明显的磁极，南、北极相间排列，气隙不均匀，极弧低下气隙小，极间部分气隙大。隙小，极间部分气隙大。转子直径受到离心力的影响，有一定限制。隐极发电机适用转子直径受到离心力的影响，有一定限制。隐极发电机适用于高速结构；为了增加容量，只能增加转子的长度。凸极发于高速结构；为了增加容量，只能增加转子的长度。凸极发电机适用于中、低转速结构。电机适用于中、低转速结构。发电机运行原理及特性课件发电机运行原理及特性课件发电机运行原理及特性课件发电机运行原理及特性课件电荷：物质的固有属性之一。电荷：物质的固有属性之一。电量守恒定律：电荷在转移前后，其总电量不变。电量守恒定律：电荷在转移前后，其总电量不变。电场：电荷周围空间存在的一种特殊物质。电场：电荷周围空间存在的一种特殊物质。磁场：电流周围空间存在的一种特殊物质。磁场：电流周围空间存在的一种特殊物质。电场与磁场共同存在。电场与磁场共同存在。变化的电场可以产生磁场；变化的磁场可以产生电场。变化的电场可以产生磁场；变化的磁场可以产生电场。电磁感应定律：当穿过任何闭合回路所界定面积中的磁通量发生变化时，在回电磁感应定律：当穿过任何闭合回路所界定面积中的磁通量发生变化时，在回路中产生的感应电动势等于该磁通量对时间的变化率的负值：路中产生的感应电动势等于该磁通量对时间的变化率的负值：e = dF / dt (V)发电机运行原理及特性课件利用磁场与导体之间的相对运动而使导体感应产生电动势发出电能。利用磁场与导体之间的相对运动而使导体感应产生电动势发出电能。 在定子铁心的槽内放置导线，导线按一定规律联成绕组；转子上装有磁在定子铁心的槽内放置导线，导线按一定规律联成绕组；转子上装有磁极和激磁绕组。当激磁绕组通以直流电流后，电机内就会产生磁场。转极和激磁绕组。当激磁绕组通以直流电流后，电机内就会产生磁场。转动转子，则磁场与定子导线之间有相对运动，就会在定子导线中感应出动转子，则磁场与定子导线之间有相对运动，就会在定子导线中感应出交流电势。交流电势的频率交流电势。交流电势的频率 f 取决于电机极对数取决于电机极对数 p 和转子转速和转子转速 n。f = p n/60 (Hz)发电机运行原理及特性课件发电机运行原理及特性课件对磁路的要求：对磁路的要求：气隙磁密的分布要尽量接近正弦波；气隙磁密的分布要尽量接近正弦波；励磁绕组通入励磁电流后，能够产生励磁绕组通入励磁电流后，能够产生足够数量的气隙磁密足够数量的气隙磁密主磁通：经过气隙并与定子电枢绕组相主磁通：经过气隙并与定子电枢绕组相链的磁通。链的磁通。漏磁通：凡不与定子绕组相链，只与转漏磁通：凡不与定子绕组相链，只与转子绕组相链的磁通。子绕组相链的磁通。只有主磁通与定子绕组只有主磁通与定子绕组 间有相对运动间有相对运动，才能在定子绕组中感应电势。，才能在定子绕组中感应电势。发电机运行原理及特性课件当凸极电机的极靴和定子间有等气隙当凸极电机的极靴和定子间有等气隙，则气隙磁密分布在极间均匀；而在，则气隙磁密分布在极间均匀；而在磁极两边不均匀；与正弦波形相差甚磁极两边不均匀；与正弦波形相差甚远。远。改善气隙磁密分布波形，将凸极电机改善气隙磁密分布波形，将凸极电机做成不均匀气隙。磁极极靴两端的气做成不均匀气隙。磁极极靴两端的气隙比中间大，磁阻大，磁力线疏。所隙比中间大，磁阻大，磁力线疏。所以，气隙各处磁密大小不同以，气隙各处磁密大小不同当满足要求：当满足要求：极弧系数极弧系数 P=0.680.72气隙比值气隙比值 max/ min=1.31.8气隙分布接近正弦波形状气隙分布接近正弦波形状发电机运行原理及特性课件励磁机励磁机转子转子 (电枢电枢)励磁机磁场励磁机磁场(定子定子)主主 机机 定定 子子主机磁场主机磁场 ( 转子转子 )机械旋转机械旋转动力输入动力输入旋转二极管旋转二极管A.V.R.输出输出检测检测电力电力电力输出电力输出发电机运行原理及特性课件励磁机励磁机转子转子 (电枢电枢)励磁机磁场励磁机磁场(定子定子)主机定子主机定子主机磁场主机磁场 (转子转子)机械旋转机械旋转动力输入动力输入旋转二极管旋转二极管输出输出检测检测电力输出电力输出参考值设定参考值设定A.V.R.永磁机磁场永磁机磁场 (转子转子)永磁机永磁机 定子定子 发电机运行原理及特性课件AVR自励自励AVR控制系统控制系统轴伸主机转子(磁场)主机定子线圈风扇旋转整流装置励磁机转子励磁机磁场轴承NSSN机座功率输入电压感应稳态电压调整率 +/- 1%电源引出发电机运行原理及特性课件轴伸NS主机转子(磁场)主机定子线圈风扇旋转整流装置 励磁机转子SN励磁机磁场轴承机座电源引出变压器控制系统稳态电压调整调整率+/- 5%变压器励磁控制系统变压器励磁控制系统发电机运行原理及特性课件AVR辅助绕组励磁的辅助绕组励磁的AVR控制系统控制系统轴伸主机转子(磁场)主机定子线圈风扇旋转整流装置励磁机转子励磁机磁场轴承NSSN机座功率输入电压感应稳态电压调整率 +/- 1%电源引出发电机运行原理及特性课件永磁机励磁的永磁机励磁的AVR控制系统控制系统主要特点极小的调整率并联运行可装功率因数控制器3倍短路电流过压保护过磁保护主要特点负载减荷低无线电干扰永恒磁励频繁启动波形畸变免疫3 相感应稳态电压调整率 +/- 0.5% RMSAVR功率输入NSSNNS电压感应发电机运行原理及特性课件电机参数对不对称运行的影响电机参数对不对称运行的影响发电机的不对称运行使端电压出现负序和零序分量。其大小与不对称电流大小有关，与发电发电机的不对称运行使端电压出现负序和零序分量。其大小与不对称电流大小有关，与发电机的负序阻抗和零序阻抗有关。机的负序阻抗和零序阻抗有关。增加阻尼绕组可以减小负序磁通，提高端电压对称程度增加阻尼绕组可以减小负序磁通，提高端电压对称程度不对称运行对电机的影响不对称运行对电机的影响同步发电机带不对称负载时，定子绕组会产生飞转的旋转磁场，在转子本体和转子绕组产生同步发电机带不对称负载时，定子绕组会产生飞转的旋转磁场，在转子本体和转子绕组产生感应电势、电流和损耗；使励磁绕组散热困难。感应电势、电流和损耗；使励磁绕组散热困难。负序磁场对电机转子产生热破坏作用。负序磁场对电机转子产生热破坏作用。定子的稳态不对称电流可以比定子额定电流小，对定子温升影响不大。但可以烧损转子。定子的稳态不对称电流可以比定子额定电流小，对定子温升影响不大。但可以烧损转子。发电机的瞬态短路电流冲击可能是额定电流的十倍。冲击电流产生的机械力可以损坏电枢绕发电机的瞬态短路电流冲击可能是额定电流的十倍。冲击电流产生的机械力可以损坏电枢绕组。组。发电机运行原理及特性课件考虑承受短路电流的原因是发电机有可能在断路器分断故障之前已经被损坏；考虑承受短路电流的原因是发电机有可能在断路器分断故障之前已经被损坏；短路电流可以使发电机定子线圈快速过热；例如：短路电流可以使发电机定子线圈快速过热；例如：不平衡线地（不平衡线地（LN）短路，短路电流是额定电流的）短路，短路电流是额定电流的7.5倍，假定定子初始温度大约为倍，假定定子初始温度大约为155C；不到；不到5秒钟，定子温度可以升至秒钟，定子温度可以升至300C在该温度条件下定子线圈将烧损。在该温度条件下定子线圈将烧损。不平衡线线（不平衡线线（LL）短路，定子线圈温度升至）短路，定子线圈温度升至300C的时间要长几秒；的时间要长几秒；而三相平衡短路需要的时间更长。而三相平衡短路需要的时间更长。发电机运行原理及特性课件流过发电机的故障电流取决于发电机的电抗，励磁系统和发电机与故障点之间网络的电抗。流过发电机的故障电流取决于发电机的电抗，励磁系统和发电机与故障点之间网络的电抗。远离发电机发生的故障电流大于线路额定电流，促使线路保护装置动作。而靠近发电机端子的故远离发电机发生的故障电流大于线路额定电流，促使线路保护装置动作。而靠近发电机端子的故障电流对于供电网络来说，与额定电流等级相同，所以取决于发电机电抗和励磁系统。障电流对于供电网络来说，与额定电流等级相同，所以取决于发电机电抗和励磁系统。发电机运行原理及特性课件自励和它励发电机的短路故障响应是不同的；自励和它励发电机的短路故障响应是不同的；当发电机输出端短路时，其磁场随之崩溃；所以自励发电机称之为当发电机输出端短路时，其磁场随之崩溃；所以自励发电机称之为“崩溃磁场崩溃磁场”发电机。而它励发电机的励磁是发电机。而它励发电机的励磁是由永磁发电机提供的，所以当发电机短路时，其励磁电流可以维持流动。由永磁发电机提供的，所以当发电机短路时，其励磁电流可以维持流动。一般情况下，当三相同时短路时，无论自励还是它励发电机，其初始短路电流大约是发电机额定电流的一般情况下，当三相同时短路时，无论自励还是它励发电机，其初始短路电流大约是发电机额定电流的810倍倍，而且与发电机的超瞬态电抗成反比；，而且与发电机的超瞬态电抗成反比；在头几个周期（在头几个周期（A）内，自励和它励发电机的响应相同，随着磁场能量的消耗，具有相同的短路电流衰减曲线；）内，自励和它励发电机的响应相同，随着磁场能量的消耗，具有相同的短路电流衰减曲线；而经过几个周期（而经过几个周期（B）后，自励发电机将持续跟随短路电流衰减曲线直至电流趋近于零。）后，自励发电机将持续跟随短路电流衰减曲线直至电流趋近于零。发电机运行原理及特性课件对于自励发电机，当短路电流超过曲线拐点时，电压和电流将会对于自励发电机，当短路电流超过曲线拐点时，电压和电流将会”崩溃崩溃“，直至衰减到，直至衰减到零。零。由于它励发电机的磁场不是取自发电机输出电压，而来源于其他电源，所以能够承受由于它励发电机的磁场不是取自发电机输出电压，而来源于其他电源，所以能够承受34倍额定电流的短路电流。倍额定电流的短路电流。现在电机设计采用性能更好的绝缘材料和电压调整器；其结果是使单位材料的输出功率现在电机设计采用性能更好的绝缘材料和电压调整器；其结果是使单位材料的输出功率增加，发电机具有相对高的电抗；其故障电流等级相对于发电机额定电流减小了。增加，发电机具有相对高的电抗；其故障电流等级相对于发电机额定电流减小了。低等级故障电流就必须使用严格的保护装置。低等级故障电流就必须使用严格的保护装置。发电机运行原理及特性课件发电机运行原理及特性课件高质量高质量无刷结构无刷结构低电抗低电抗2/3绕组节距绕组节距多种电压多种电压12 个接线头可重接个接线头可重接非常适合于非线性负载非常适合于非线性负载高效率高效率控制系统的可选择控制系统的可选择附件范围广附件范围广浸渍手段使发电机可在恶劣环境下运行浸渍手段使发电机可在恶劣环境下运行